[發(fā)明專利]一種波束方向可切換天線

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310629736.0
• 申請(qǐng)日: 2013-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN103618150A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王任;王秉中;丁霄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q25/04
• 分類號(hào): H01Q25/04;H01Q1/38;H01Q23/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 張楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及帶有PIN二極管開關(guān)的波束方向可切換的天線。

背景技術(shù)

由于越來越多的信息內(nèi)容需要傳輸，現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)無線通信中的信息傳輸速率要求也越來越高，但是由于多徑衰落的存在，數(shù)據(jù)傳輸速率隨著信號(hào)傳輸距離的增加而減小。大量研究表明，恰當(dāng)使用可切換波束的天線是一條解決此問題的途徑。可切換波束天線能根據(jù)通信環(huán)境的變化實(shí)時(shí)改變發(fā)射和接收天線的波束方向，從而有效減弱噪聲干擾，對(duì)抗多徑衰落，提高信息傳輸速率。在車載、機(jī)載或者天線下方具有其他射頻電路等應(yīng)用場景下，天線應(yīng)該避免輻射向下半空間，以減少對(duì)于其它微波電路的干擾。

文獻(xiàn)“Compact?Switched-Beam?Antenna?Employing?a?Four-Element?Slot?Antenna?Array?for?Digital?Home?Applications（利用四元縫隙天線陣組成的緊湊波束可切換天線及其在數(shù)字家庭中的應(yīng)用）”《IEEE?Transactions?on?Antennas?and?Propagation》[J].Sept.2008:2929–2936，Ming-Iu?Lai，Tzung-YuWu，Jung-ChinHsieh，et?al.設(shè)計(jì)了一種四角開槽的正方形波束方可切換天線（如圖1）。該天線由絕緣介質(zhì)基板及印制在其下方的金屬地板、印制在絕緣介質(zhì)基板上表面的控制電路、在金屬地板四角開設(shè)的四個(gè)“L”形槽的發(fā)射體組成，饋電點(diǎn)位于天線正中心，采用同軸饋線從背面對(duì)天線進(jìn)行饋電，饋電點(diǎn)四周焊接四個(gè)二極管，每個(gè)二極管的另一端都焊接在一端饋線上，饋線的另一端延伸至地板“L”形槽的上方，另外，該天線還設(shè)計(jì)了含二極管開關(guān)的直流偏置電路，通過切換開關(guān)，天線可以實(shí)現(xiàn)八種波束指向并覆蓋天線地板所在平面，但由于發(fā)射體輻射角度的限制，該天線不能覆蓋其正上方的部分圓錐形空間；由于該天線采用的是地板槽作為發(fā)射體，而槽天線固有的特性使其工作頻帶較窄，此天線的工作頻帶為100MHz，不能滿足寬帶通信的要求；另外，該天線的四個(gè)輻射槽均位于金屬地板上，將對(duì)天線的上方和下方同時(shí)輻射能量，由于該天線采用的是背饋方式，信號(hào)處理模塊位于天線的下方，天線對(duì)下半空間的輻射將會(huì)使信號(hào)處理模塊等其他射頻電路產(chǎn)生干擾甚至燒壞電路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)出一種波束方向可切換天線，該天線利用位于本體上六組含控制電路及準(zhǔn)八木天線的單元天線，并通過控制電路中六個(gè)PIN二極管開關(guān)的通斷實(shí)現(xiàn)六個(gè)不同方向波束之間的切換，從而達(dá)到天線發(fā)射波束覆蓋其上半空間、屏蔽對(duì)下半空間的輻射、增加工作帶寬的目的。

本發(fā)明解決方案是采用正六邊形絕緣介質(zhì)基板底面及與其成相同夾角的六塊梯形絕緣介質(zhì)基板側(cè)面圍成的“碟形”天線本體代替背景技術(shù)中的正方形平板天線本體，從而使天線輻射能覆蓋上半空間且屏蔽對(duì)下半空間的輻射；同時(shí)將準(zhǔn)八木天線分設(shè)于各梯形絕緣介質(zhì)基板上作為發(fā)射體、以代替背景技術(shù)中設(shè)于地板上的“L”形槽形發(fā)射體，從而增加天線的工作頻帶寬度。本發(fā)明在“碟形”天線本體中正六邊形絕緣介質(zhì)基板中心設(shè)置饋電點(diǎn)，在絕緣介質(zhì)基板的下表面設(shè)置一金屬地板、并將其上表面等分為以饋電點(diǎn)為中心的六個(gè)三角形區(qū)域；在每個(gè)三角形區(qū)域內(nèi)的基板表面上分別設(shè)一控制電路，而在與對(duì)應(yīng)于各三角形區(qū)域連接的梯形絕緣介質(zhì)基板上分別設(shè)置一準(zhǔn)八木天線，該準(zhǔn)八木天線與對(duì)應(yīng)三角形區(qū)域內(nèi)的控制電路通過導(dǎo)線連接，控制電路同時(shí)通過隔直電容與饋電點(diǎn)連接、通過接地電感與金屬地板連接，從而分別組成相對(duì)獨(dú)立的單元天線；工作時(shí)分別通過控制單元天線中PIN二極管開關(guān)的通斷實(shí)現(xiàn)各單元天線的轉(zhuǎn)換。因而本發(fā)明波束方向可切換天線包括：天線本體、位于本體上的控制電路及發(fā)射體、同軸饋線，其特征在于：天線本體為正六邊形絕緣介質(zhì)基板底面及與其成相同夾角的六塊梯形絕緣介質(zhì)基板側(cè)面圍成的“碟形”天線本體，正六邊形絕緣介質(zhì)基板下表面設(shè)置一金屬地板，上表面中心位置設(shè)置一饋電點(diǎn)，并將其上表面等分為以饋電點(diǎn)為中心的六個(gè)三角形區(qū)域；在每個(gè)三角形區(qū)域內(nèi)的基板表面上分別設(shè)一控制電路，而在與對(duì)應(yīng)于各三角形區(qū)域連接的梯形絕緣介質(zhì)基板上分別設(shè)一發(fā)射體，該發(fā)射體采用準(zhǔn)八木天線，該準(zhǔn)八木天線與對(duì)應(yīng)三角形區(qū)域內(nèi)的控制電路通過導(dǎo)線連接，控制電路同時(shí)通過隔直電容與饋電點(diǎn)連接，從而分別組成相對(duì)獨(dú)立的單元天線；同軸饋線由金屬地板下方對(duì)天線饋電，其外導(dǎo)體與金屬地板連接，內(nèi)導(dǎo)體穿過金屬地板與正六邊形絕緣介質(zhì)基板上表面的饋電點(diǎn)連接。